Sette tecnologie su cui si può scommettere

Il settore ricerca e sviluppo delle aziende si estende su un fronte molto ampio, dalla fisica di base dei semiconduttori al conferimento di nuove caratteristiche a prodotti che sono sul mercato da anni.

Ma per avere una percezione realistica di quanto potrebbe cambiare il mondo nei prossimi anni, sono stati individuati alcuni progetti giunti a un punto cruciale di questo continuum: ricerche ben finanziate con specifici obiettivi di mercato che, in caso di buon esito, offrirebbero miglioramenti decisivi rispetto ai prodotti e ai servizi attuali. Alcune di queste tecnologie derivano da scoperte recenti della scienza pura, mentre altre derivano da modifiche apportate a tecniche e materiali vecchi, o addirittura nascono da anni di lento progresso. Tutte stanno uscendo dal laboratorio proprio adesso. Nella ricerca dei progetti di punta, sono stati passati in rassegna i maggiori gruppi aziendali di ricerca e sviluppo del mondo. Ecco sette tra i loro progetti più brillanti.

Traduttore automatico del parlato

Azienda: IBM

Situazione: Potrebbe essere inserito nei portatili o negli assistenti digitali verso la metà del 2004

Alcuni guru della sociologia sostengono che la comunicazione via computer ha ostacolato i contatti personali. Ma i ricercatori di IBM sono sul punto di impiegare i computer per far avvicinare le persone mediante un sistema che traduce all’istante la lingua parlata. L’impegno nel settore «dal parlato al parlato» risale a un paio d’anni fa, «quand’era considerato un progetto piuttosto avventuroso», dice David Nahamoo, direttore della ricerca sulle tecnologie del parlato al Centro di Ricerche T.J. Watson di IBM a Yorktown Heights, presso New York. Ora il gruppo ha costruito un prototipo funzionante: usando un software per il riconoscimento del parlato, un portatile trasforma il suono delle parole in un testo scritto; poi un raffinato algoritmo di traduzione converte il testo in un’altra lingua; infine il computer usa una tecnologia di conversione da testo a parlato per «pronunciare» la frase tradotta.

Per il momento il prototipo funziona solo per l’inglese e il cinese (mandarino). Il gruppo di IBM ha scelto queste due lingue sia perché sono parlate da moltissime persone sia perché sono diversissime tra loro rispetto a quasi tutti i parametri linguistici, per esempio la «prosodia», cioè il significato che l’inflessione del parlante impartisce a una parola o a una frase. Il sistema lavora con frasi che hanno un’elevata probabilità di presentarsi in situazioni particolari, per esempio quando un turista ordina il cibo in un ristorante, oppure quando circola in una città o cerca soccorso medico per un’emergenza. Il coordinatore del progetto, Yuquing Gao, sostiene che il prototipo portatile funziona abbastanza bene da permettere a due persone che parlino lingue diverse di sostenere una conversazione rudimentale.

è già in via di sviluppo una versione del sistema che funziona su un assistente digitale personale (PDA). Benché il gruppo non preveda di lavorare con altre lingue, la tecnologia non dipende dalla lingua usata: una volta identificata una caratteristica, la si può adattare rapidamente a una coppia qualsiasi di lingue.

Terapia dei traumi al midollo spinale

Azienda: Biogen

Situazione: Le prove sull’uomo si eseguiranno entro tre o quattro anni

Da molto tempo i biologi sanno che i nervi periferici, per esempio quelli della mano o del piede, quando sono danneggiati talvolta si rigenerano, mentre il tessuto nervoso spinale o cerebrale non si rigenera. Ora i ricercatori cercano il modo di superare le inibizioni naturali della crescita nervosa per aiutare i pazienti che abbiano subito un trauma vertebrale o un colpo apoplettico.

Verso la fine degli anni Novanta del secolo scorso, il neurobiologo Stephen M. Strittmatter, dell’Università di Yale, isolò nella guaina protettiva della cellula nervosa una proteina che inibisce la rigenerazione dei nervi del cervello e del midollo spinale. Inoltre Strittmatter identificò nei nervi la molecola Nogo, con cui si lega questa proteina inibitoria della ricrescita. Dal 2001 Strittmatter collabora con Biogen per scoprire il modo di bloccare questo recettore e consentire così ai nervi di rigenerarsi. Si sono ottenute parecchie molecole proteiche che potrebbero essere iniettate nel midollo spinale fino a una settimana dopo il danno e che potrebbero legarsi al recettore in competizione con Nogo. «Ora il problema è quello di trovare la migliore tra le molecole candidate», dice Katherine Turner, vicepresidente del settore di validazione biologica di Biogen.

Nelle prime sperimentazioni sui topi e sui ratti con danni al midollo spinale, questo metodo ha consentito di invertire almeno parzialmente la paralisi. Ma nonostante questi risultati incoraggianti, Turner ammonisce che, secondo la gran parte dei ricercatori, i topi non sono un buon modello per i traumi neurologici nell’uomo. Inoltre risulta che esistono altre due proteine che si legano al recettore e non è ancora chiaro se i bloccanti di Nogo scaccino anche quelle, il che potrebbe essere necessario per innescare la rigenerazione del midollo spinale nell’uomo.

Difesa dallo spam

Azienda: Microsoft

Situazione: Pronta per la trasformazione in prodotto

Cynthia Dwork cominciò a riflettere sul problema della posta elettronica indesiderata più di dieci anni fa, quando per la maggior parte della gente spam significava solo «carne suina in scatola». Le venne l’idea di imporre a ogni computer collegato in rete di risolvere un piccolo problema di matematica a parte per ogni messaggio di posta elettronica che inviava. La dimostrazione che il problema era stato risolto doveva essere allegata al messaggio e quindi nessun altro computer avrebbe accettato un messaggio che non avesse allegata questa certificazione (si veda l’articolo Guerra allo spam in «Technology Review», edizione italiana, n.1/2004). «L’idea di fondo è che gli utenti autorizzati non se ne accorgono neppure», dice Andrew Goldberg, che lavora con Dwork nei laboratori di Microsoft Research. «Ma per quelli che inviano miliardi di messaggi non richiesti, il costo di spedizione andrebbe alle stelle». Supponiamo che un computer medio ci metta dieci secondi per risolvere il problema: se il computer lavora 24 ore su 24 può inviare solo 8.600 messaggi. Per continuare la loro attività, gli «spammisti» dovrebbero fare pesanti investimenti in macchine nuove.

Ma c’è un inconveniente: gli utenti dotati di macchine nuove e potenti potrebbero non accorgersi del calcolo eseguito, mentre chi usa una macchina più vecchia potrebbe notare cospicui ritardi nelle prestazioni. Quindi Goldberg e Dwork, insieme con il collega Ted Wobber di Microsoft, hanno apportato una modifica al metodo, sicché ora esso dipende da una caratteristica del computer che non si è sviluppato quanto la velocità del chip (cioè la «latenza di memoria», il tempo che il processore impiega per estrarre i dati o le istruzioni dalla piastrina di memoria). Un problema crittografico abbastanza semplice da non sovraccaricare il processore, ma che richiede l’estrazione di dati dalla memoria, colma la differenza tra i computer vecchi e quelli più nuovi. Il gruppo ha collaudato il metodo, che secondo Wobber potrebbe essere incorporato nei programmi di posta elettronica come Outlook, o nei server di posta elettronica o nei motori di ricerca usati in rete per inviare e leggere la posta. Per agevolare l’adozione di questa tecnica, Microsoft sta trattando con aziende di computer e di Internet in modo da stabilire uno standard.

Dispositivo a ultrasuoni in miniatura

Azienda: General Electric

Situazione: Un prototipo sarà sottoposto a valutazione nel 2005

Nonostante un’elettronica sempre più raffinata e nonostante gli immensi progressi nella risoluzione delle immagini, i sistemi a ultrasuoni funzionano oggi più o meno come funzionavano al momento della loro introduzione, negli anni Sessanta del secolo scorso. Le limitazioni di questo metodo comportano che i sistemi di piccole dimensioni (e oggi i dispositivi più piccoli sono circa la metà di un calcolatore portatile) forniscono immagini con risoluzione piuttosto bassa. Kai E. Thomenius, direttore del laboratorio per le immagini mediche e a ultrasuoni di General Electric Global Research, confida di modificare questo stato di cose grazie a una piccola rivoluzione nel modo in cui i trasduttori di ultrasuoni producono e rilevano le onde sonore. Nella sua immaginazione egli vede già «un medico che si mette la mano in tasca, ne estrae un apparecchio e lo colloca sulla carotide per vederne il flusso sanguigno o sul cuore per vederne il battito».

La chiave sta nel sostituire i materiali che si usano oggi nei trasduttori con schiere di microscopiche «testine di tamburo» fatte di silicio. Le onde sonore prodotte dall’interazione tra le onde di ultrasuoni e il corpo mettono in vibrazione questi minuscoli tamburi e fanno traslare le cariche elettriche del silicio. La carica così creata viene misurata e trasdotta in immagini. Usando il silicio invece dei materiali piezoelettrici tradizionali, che richiedono l’impiego di ulteriori dispositivi elettronici per interpretare le onde sonore, è possibile concentrare un maggior numero di dispositivi elettronici nel trasduttore, cosicché l’apparecchio risulta più piccolo. Le testine di silicio sono anche più sensibili e rispondono meglio dei migliori materiali piezoelettrici. Inoltre, la possibilità di integrare sul silicio il trasduttore e l’elettronica per la produzione delle immagini comporta altri vantaggi, per esempio la possibilità che il trasduttore invii senza fili l’immagine a uno schermo remoto. E mentre oggi per ottenere tipi diversi di immagini a ultrasuoni i medici debbono usare trasduttori diversi, Thomenius afferma che un unico trasduttore di silicio potrebbe eseguire tutta una gamma di prospezioni, dall’esame tridimensionale del feto all’esplorazione dei vasi sanguigni.

Comunicazioni da chip a chip

Azienda: Sun Microsystems

Situazione: Il suo impiego nei computer potrebbe avvenire entro cinque anni

I transistori di silicio sono diventati così piccoli che le limitazioni alla velocità di calcolo non derivano più dal numero dei dispositivi che possono essere inzeppati su una piastrina, ma dalla rapidità con cui i dati possono trasferirsi da una piastrina all’altra. La soluzione proposta da Sun Microsystems a questo problema è quella che i chip comunichino tra loro solo in virtù della loro vicinanza, senza collegarli con i soliti sottilissimi fili.

Si sfrutta il cosiddetto accoppiamento capacitivo, che funziona così: se una carica si sposta dentro un transistore di una piastrina, il campo elettrico circostante subisce una perturbazione. A sua volta, la variazione del campo induce una carica identica che si muove nel transistore corrispondente della piastrina di fronte, e ciò crea una sorta di canale di comunicazione senza fili su una distanza di un paio di micrometri. Il risultato è una comunicazione da chip a chip che è fino a 60 volte più veloce dei più veloci sistemi esistenti.

«La comunicazione per prossimità è essenziale per i progressi del calcolo», afferma Robert Drost, l’ingegnere capo della Sun che dirige il progetto. E aggiunge che ben presto i supercalcolatori, il calcolo scientifico, i server di rete e i server delle basi di dati richiederanno una forma più rapida di comunicazione da piastrina a piastrina. Sun sta sviluppando questa tecnologia nel quadro di un progetto della DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) degli Stati Uniti inteso a costruire la prossima generazione di supercalcolatori da qui a sei anni. Ma Drost prevede che questa tecnologia consentirà anche prima di quella data di ottenere una maggiore velocità di calcolo nei sistemi commerciali più avanzati, come quelli usati nei calcolatori per uso scientifico o nei server per le basi di dati.

Ricezione continua di flussi informativi

Azienda: Hewlett-Packard

Situazione: Collaudi su ampia scala previsti tra circa due anni

Un numero sempre maggiore di utenti accede a Internet tramite dispositivi diversi dai calcolatori da tavolo: telefoni cellulari, assistenti digitali personali (PDA), apparecchi televisivi e computer portatili senza fili. Questa gamma così variegata di ricevitori crea difficoltà ai fornitori di contenuti che trasmettono documenti multimediali: ciò che va bene per il grande schermo di un PC dotato di un collegamento ad alta velocità non funziona altrettanto bene per il piccolo schermo di un PDA a bassa velocità di collegamento.

Gli ingegneri dei Laboratori della Hewlett-Packard stanno sviluppando metodi per garantire una trasmissione da sorgente a destinatario che sia indipendente dalla rete e dal dispositivo usati. L’idea è quella che i documenti digitali viaggino più rapidamente adattando il loro formato di trasmissione ai dispositivi che li debbono ricevere e di collocare i contenuti più ai «margini» della rete, cioè più vicino all’utente finale che al mittente. L’idea ingegnosa che hanno avuto i ricercatori di HP è quella di aggiungere una serie di nodi (dotati di un hardware e di un software specializzati per l’instradamento) alla rete esistente per accrescere la capacità di ricezione continua dei dati. I nodi esplicano parecchie funzioni: estraggono i documenti dai server individuali del Web e li collocano più vicini agli utenti; determinano l’itinerario migliore per l’invio dei documenti; e rilevano ciò che gli utenti più vicini stanno guardando, individuando le loro preferenze tipiche di visione e di ascolto per poi «pre-recuperare» i dati che gli utenti desiderano probabilmente ricevere. Da ultimo i nodi rilevano il tipo di dispositivo situato all’estremità ricevente della catena di trasmissione e adattano di conseguenza il flusso continuo dei dati. In questa maniera, per esempio, un televisore a elevata definizione riceverà un documento video ad alta risoluzione, mentre un telefono cellulare riceverà un documento compresso.

Prototipi di questi nodi sono già stati installati tra i vari laboratori HP sparsi per il mondo e su una rete sperimentale che collega HP e il gigante giapponese del senza fili NTT DoCoMo. Come sostiene Susie Wee, ricercatrice e assistente allo sviluppo, può darsi che ci vogliano anni prima che questi sistemi si diffondano in modo esteso su Internet, ma frammenti di questa tecnologia si stanno già inserendo nei server e nel software del Web.

Iniezione piezoelettrica di carburante nei motori d’automobile

Azienda: Siemens VDO Automotive

Situazione: Già adesso nei motori diesel; nel 2006 in quelli a benzina

I motori a iniezione hanno trasformato l’industria automobilistica, aumentando il rendimento del carburante e riducendo le emissioni. I ricercatori di Siemens VDO Automotive hanno avviato un’altra rivoluzione nei motori a combustione interna costruendo gli ugelli d’iniezione con materiali piezoelettrici, la cui forma cambia in risposta alla corrente elettrica.

Sviluppati all’inizio per i motori diesel, molto diffusi in Europa, gli ugelli vengono ora adattati ai motori a benzina, nei quali si prevede che ridurranno i consumi fino al 20 per cento e miglioreranno le prestazioni e le emissioni. «Il piezo consente un controllo rapidissimo e preciso dell’iniezione», dichiara Brian FitzGerald, direttore di Siemens Diesel Systems North America. Appena riceve un impulso elettrico, l’elemento piezo si espande, azionando l’ago dell’ugello e aprendo la valvola d’iniezione entro due decimi di millisecondo. Il carburante è spruzzato non sulla parete del cilindro bensì direttamente sulla candela. L’accensione avviene solo se la quantità di carburante e l’istante dell’iniezione sono calibrati con precisione, e qui è proprio dove gli iniettori piezoelettrici eccellono grazie alla loro rapidità di risposta. La Peugeot ha cominciato a incorporare nelle sue automobili europee la versione diesel del sistema, e altre sei case automobilistiche la seguiranno. La Siemens ritiene che l’iniezione piezoelettrica sarà accolta con altrettanto favore anche nel caso dei motori a benzina.

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